Principali vie metaboliche

Le principali vie metaboliche

I rapidi progressi della biochimica dagli inizi del Novecento hanno portato alla conoscenza dettagliata dei processi metabolici che si svolgono nella cellula e hanno contribuito allo sviluppo delle biotecnologie. L'utilizzo biotecnologico dei processi biochimici dei microrganismi ha tuttavia radici molto lontane.

La produzione di vino, della birra, del pane e dei formaggi risale a tempi molto antichi, quando il bollore osservato nei tini o il gonfiore dell'impasto del pane erano attribuiti a fenomeni soprannaturali e all'azione di interventi divini.

Oggi sappiamo che alla base di queste trasformazioni c'è un evento biochimico, a carico di miriadi di microrganismi: la fermentazione, una tappa del metabolismo cellulare in condizioni anaerobiche.

I processi di degradazione del glucosio

L'energia necessaria alla cellula può essere estratta dal glucosio mediante la glicolisi, suddivisa in due fasi:
1. Fase preparatoria;
2. Fase di produzione dell'energia.
La fase preparatoria che è endoergonica rappresenta le prime 5 reazioni, invece la fase di produzione dell'energia è esoergonica ed è composta dalle ultime 5 reazioni.

Nella fase preparatoria una molecole di glucosio è convertita in due molecole di gliceraldeide-3-fosfato, mediante l'utilizzo di due molecole di ATP. In questa prima fase si perde energia.

La seconda fase, rappresentata dalla fase di produzione dell'energia, coinvolge tutte e due le molecole di gliceraldeide-3-fosfato. Con questa fase si producono quattro molecole di ATP che permettono di compensare l'energia persa nella fase precedente.

Nel complesso, da una molecola di glucosio si formano due molecole di privati, due molecole di NADH e si produce energia sotto forma di due molecole di ATP.
L'ATP (adenosintrifosfato) è una molecola ad alta energia. La sua idrolisi, che genera ADP (adenosindifosfato) e un gruppo fosfato, libera una grande quantità di energia utilizzata dalla cellula per svolgere numerose funzioni.

L'idrolisi dell'ATP è spesso accoppiata alle reazioni biochimiche endoergoniche, mentre le reazioni esoergoniche sono accoppiate con la sintesi di ATP. Molte reazioni accoppiate prevedono la formazione di un intermedio fosforilato.
Il NAD, il NADP e il FAD sono trasportatori di elettroni, mentre il coenzima A trasferisce gruppi acetilici o acilici.

Il NAD+ è rigenerato per via aerobica nella trasformazione del piruvato in acetil-CoA, mentre in assenza di ossigeno è ossidato a lattato (fermentazione lattica) o etanolo (fermentazione alcolica).
Le fermentazioni sono una via di degradazione del piruvato in condizioni anaerobiche. La fermentazione lattica è catalizzata dall'enzima lattato deidrogenasi, con la partecipazione del coenzima NADH. Invece, la fermentazione alcolica è molto diffusa e sta alla base della produzione di vino, birra, sidro e prodotti di panificazione.

Il piruvato e le sue due fasi

Il piruvato può trasformarsi in etanolo attraverso due tappe:
1. Decarbossilazione;
2. Riduzione dell'acetaldeide a etanolo.

Nella via del pentoso fosfato il glucosio è trasformato in ribosio-5-fosfato, importante per la sintesi degli acidi nucleici. La via del pentoso fosfato è un ulteriore processo di demolizione del glucosio.

La glicolisi è regolata mediante modulazione allosterica o modificazione covalente. Essa è un meccanismo di regolazione dell'attività di un enzima attraverso il legame tra una molecola regolatrice e un sito diverso dal sito attivo, il cosiddetto sito allosterico.